飛行條件下飛機表面聲載荷測試方法研究

焦麗娟

摘 要：文章對飛行條件下飛機表面聲載荷測試方法進行了研究。為了降低表面傳聲器安裝產生的額外氣動噪聲，給出了采用過渡圓盤安裝表面傳聲器的方法，并對飛行過程中其他測試設備的安裝及固定方法進行了介紹。另外還對測試步驟以及數據處理方法進行了研究。最后，對飛行過程中表面傳聲器安裝和環境變化對測試結果產生的影響的修正方法進行了研究，以最大的程度還原機體表面的真實聲載荷。

關鍵詞：噪聲測試；表面聲載荷；測試方法

中圖分類號：V216.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）29-0142-02

Abstract： In this paper， the test method of acoustic load on aircraft surface under flight condition is studied. In order to reduce the extra aerodynamic noise caused by the installation of the surface microphone， the method of installing the surface microphone with the transitional disc is given， and the installation and fixing methods of other test equipment during the flight are introduced. In addition， the test steps and data processing methods are also studied. Finally， the modification method of the influence of the surface microphone installation and environmental changes on the test results during the flight process is studied， in order to maximize the reduction of the real sound load on the surface of the body.

Keywords： noise test； surface acoustic load； test method

1 概述

聲載荷測試是飛機飛行噪聲測試的重要內容，其測試結果對聲疲勞試驗、艙內噪聲控制、部件抗疲勞設計等都具有非常重要的參考價值。飛機噪聲載荷主要有兩類：一類是飛機發動機噪聲，另一類是機體表面噪聲。由于飛機結構表面聲載荷測試的復雜性，不僅需要采用高聲強表面傳聲器、數據采集與分析儀器等主要儀器設備，而且還需要供電、環境數據測量等輔助設備構成測量鏈進行測試。本文對飛行條件下飛機表面聲載荷測試方法進行了研究。

2 測試系統

飛行狀態下機體表面聲載荷測試所用儀器主要包括：活塞發聲器、表面傳聲器、數據采集器、采集器專用蓄電池、筆記本電腦。測量系統框圖如圖1所示。

3 設備安裝

3.1 表面傳聲器的粘貼

在測量機體結構表面的聲載荷時，由于表面的不平整性會產生額外的氣動噪聲，因此進行測量時應使傳聲器敏感面與機體表面平齊，或采用過渡裝置降低對表面流場的干擾。為了得到可信的統計結果，一般還需要進行多個起落的飛行測量。

表面傳聲器安裝方式一般有兩種，一是在原有機身蒙皮上附加一層金屬面板，并在其上打孔進行傳聲器的安裝，這種方法能最大限度降低對流場的擾動，但是需要對結構進行改動，在一般的飛行測試中這是不允許的；二是采用過渡圓盤進行安裝，這種方法不需要對機體表面結構進行改動，安裝方便，是現在普遍采用的方法，安裝示意圖和效果圖分別如圖2、圖3所示。但是傳聲器的固定方式、過渡圓盤的尺寸都會對測試結果產生一定的影響，實際應用時需要針對不同的飛行速度開展相應的試驗研究，確定不同飛行速度下的修正量，從而保證外表面噪聲測試的準確性。

3.2 數據采集器安裝

固定飛機艙內的測試儀器，包括數據采集器、專用蓄電池、測量信號線。可以采用白布帶扎緊和膠帶粘貼固定的方式，使測試儀器在艙內固定牢固，飛機飛行期間不能出現任何滑動。

3.3 傳聲器引出電纜布線及保護

測點布線用耐溫膠帶粘貼在機體表面，通過機體表面的縫隙或小孔進入艙內與數據采集器連接。高溫處測點需采用耐高溫線。

4 測試過程

飛機起飛滑跑前，測量系統時間和飛機上GPS時間對準，設置采集器為獨立工作模式，然后使采集器開始采集工作，拆下筆記本剩下采集器和專用蓄電池一起工作。

飛行測試時，艙內沒有噪聲測試人員，噪聲測量系統按預設的參數自動采集聲載荷。試驗設備（包括專用蓄電池、采集器）及它們之間的連線在飛機艙內固定好，保證在各飛行階段試驗設備不會出現滑動。

一個飛行架次，采集器連續不間斷測試記錄聲載荷，形成一個記錄數據文件。飛機降落后，及時停止采集器工作，檢查記錄數據文件的有效性。飛行測試完成后盡快獲取與測試有關的飛行參數，通過飛行參數和試驗數據的對比可區分不同的測量狀態。

5 數據處理

進行數據處理前，對每個狀態的數據進行時域檢查。對于飛行測試數據，特別是多個狀態連續記錄在一個文件中，首先按照飛行參數劃分各狀態，其次在每個狀態中，對于變化較大的時域數據，依據總聲壓級差不大于3dB原則對該狀態測量數據進行分段處理。

頻域數據處理采用經典譜估計方法，平均方式為譜平均，給出功率譜密度（PSD）。倍頻程和1/3倍頻程譜的平均方式為譜平均，同時給出20Hz～10kHz的總聲壓級，給出倍頻程和1/3倍頻程譜。數據處理流程圖如圖4所示。

6 測試結果修正

飛機在空中飛行時，外表面粘貼的表面傳聲器會遇到高速氣流，高空飛行時還會遇到低溫。這些因素會影響測量結果，在飛行測試結果中應予修正。

6.1 表面傳聲器安裝影響測量結果的修正

表面傳聲器安裝在飛機外表面，雖然安裝了過渡圓盤，遇高速氣流還會產生附加噪聲。

為了估算帶過渡圓盤安裝方式產生附加噪聲的大小，需要在帶氣流全消聲室進行了地面模擬試驗。首先，安裝表面傳聲器使傳聲器膜片和平板表面平齊，放在氣流條件下測量噪聲；其次，按飛機上的安裝方式，即在平板上通過過渡圓盤安裝方式安裝表面傳聲器，放在氣流條件下測量噪聲，模擬實驗照片如圖5所示。比較兩種不同安裝方式下的測量結果，可得到附加噪聲的大小。相同馬赫數下，兩種不同安裝方式測得的噪聲值相減，得到附加噪聲的修正量。對不同馬赫數下修正量，用最小二乘法插值或外推，可得到其他馬赫數下的修正量。

6.2 壓力、溫度變化影響測量結果的修正

飛行測試時表面傳聲器所處環境和地面測試所處環境有很大差別，環境參數壓力、溫度會有較大變化。壓力、溫度變化會影響測量結果，所以需要對測量結果做修正。

B&K;公司給出了表面傳聲器的有關修正系數，壓力修正系數為-0.007dB/kPa，溫度修正系數為0.013dB/℃。

7 結束語

本文針對飛行條件下飛機表面聲載荷測試，給出了測試準備、測試過程以及測試數據后處理和修正的具體方法，對進行該試驗起到了指導作用。

參考文獻：

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